Energía Fotovoltaica de concentración, más eficiente y económica

[María J. Marcos]

Las células fotovoltaicas convierten directamente la luz del sol en energía eléctrica basándose en el efecto fotovoltaico. La eficiencia máxima de la célula viene determinada por la parte del espectro total que cada uno de los materiales puede utilizar y que se denomina “Energía de gap”, así la eficiencia máxima teórica que se puede alcanzar es del 46% para una energía de gap de 0.9 eV. De este modo el Silicio con sus 1.16 eV ó el GaAs con 1.43 eV únicamente podrían utilizar el 23.6%, en el caso del silicio (85% de las células fotovoltaicas actuales) únicamente utiliza entorno al 12-14% ya que desaprovecha además las longitudes de onda más energéticas (azul e ultravioletas) que en vez de en electricidad se convierten en calor el principal enemigo de las células fotovoltaicas.

Estando así las cosas, el coste de la energía fotovoltaica esta entorno a 0.08$/kWh siendo necesarios al menos 7 años para recuperar la energía utilizada en su fabricación y para la producción de 1 GW de electricidad con las células convencionales actuales son necesarios 10 km2 de silicio.

Los esfuerzos en investigación van dirigidos por una parte a la reducción de costes de los materiales utilizados: La reducción de los espesores de materiales utilizados, utilización de otros materiales que aunque en principio menos eficientes tienen un coste de fabricación inferior ( silicio  amorfo, micro y policristalino,  Teleruro de Cadmio, selenuros de Indio y Cobre,  Aseniuro de Galeno, etc.) y por último células de tercera generación basadas en polímeros, nanocristales y en materiales  electroquímicos.

La fabricación de células fotovoltaicas multicapas también va dirigida a un mejor aprovechamiento del espectro basándose en la construcción de células con láminas superpuestas de materiales de diferente energía de gap, con estas técnicas la eficiencia fotovoltaica máxima teórica se incrementa considerablemente hasta un 30-40% dependiendo de que se construya con dos o tres capas respectivamente.

Otra de las líneas seguidas con el fin de reducir la cantidad de material necesario es abordar el principal inconveniente de la radiación solar, esta aunque es abundante es diluida, por lo tanto si se concentra llegará más radiación por unidad de superficie de la célula, de tal forma que una concentración dada (2x, 3x, etc.) lograría reducir en proporciones similares la cantidad de silicio necesaria para una misma energía generada. La tecnología de concentración (ya utilizada en las plantas solares térmicas de concentración) sólo requiere materiales baratos reflectantes como son los espejos, metales, plásticos, que mediante una geometría de tipo paraboloide son capaces de dirigir la radiación solar recogida en una superficie (S1) a otra muy inferior (S2), la concentración es el cociente entre estas dos superficies. La tecnología de concentración únicamente utiliza la energía directa (aquella que se sabe de donde viene) por lo que el sistema debe contar además con un sistema de seguimiento solar en dos ejes.

En el mercado existen distintos sistemas de concentración, algunos de ellos constituyen sistemas integrados y modulares compuestos por lentes Fresnel y la célula fotovoltaica, mientras que otros se basan en una concentración externa mediante helióstatos que dirigen la radiación solar concentrada a las células que se encuentran en el foco.

Precisamente con la tecnología AMONIX se ha inaugurado recientemente en Madrid la primera instalación solar fotovoltaica de concentración en explotación comercial de Europa. La instalación con una concentración de 250x (necesitando 250 veces menos silicio que una célula normal) tiene previsto generar 43089 kWh anuales lo que equivale a un consumo de 22 familias. Las células de silicio con contacto posterior se completan con un sistema de concentración denominado SIFAC desarrollado por la Empresa Guascor Foton que utiliza lentes tipo Fresnel de material acrílico y con un reflector secundario. El proyecto ha sido desarrollado bajo la colaboración de la UPM, la empresa Guascor foton y el IDAE que ha financiado el proyecto con 200000 euros

 

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Comentarios

me gustaria obtener mas detalles sobre este tema.

me gustaria obtener mas detalles sobre este tema Y ademas y si puedo obtener el precio de una para uso recidencial.

quisiera que me hablara un poco mas de ese proyecto ya que me parece muy importante.

Estimada Srta. Marcos:

Muy interesante toda su información.

Tengo entendido que la energía necesaria para excitar un electrón de valencia del Silicio hasta la banda de conducción es necesario aproximadamente 0,465 Voltios. Por esta razón los arreglos en paneles FV son de 72 celdas (33,5 Voltios en serie ó unos 16,7 voltios en paralelo) ó 36 celdas (16,7 Voltios).

¿Pudiera Ud. comentarme al rtespecto?.

Saludos.

Fernando.

La energía necesaria para excitar un electrón o energía de GAP en el caso del silicio es de 1.12 eV, esto junto con otros aspectos que influyen como las conexiones, etc. hacen que el voltaje en circuito abierto de una célula de silicio sea 0.6V y en condiciones de máxima potencia de 0.472 Voltios. Los módulos tienen diferente número de celdas (36,54, 72) que normalmente están conectados en serie y proporcionaran un voltaje igual al número de celdas por su voltaje. Estos módulos después se conectan en serie o paralelo hasta conseguir el voltaje deseado. La potencia que proporcionan por otra parte (Potencia=VoltajexIntensidad) dependerá de la localización geográfica en la que se coloquen, a más radiación menos superficie de paneles se necesitará para la misma potencia.

Con respecto a la utilización para uso residencial los paneles de concentración no son aconsejables para uso individual en una vivienda sino para una urbanización, ciudad, etc. ya que requiere un sistema de seguimiento del sol y por lo tanto necesitan estar colocados en un espacio libre que les permita moverse, su coste depende de la potencia del panel oscilando entre 0.33$/kWh a 0.06$ dependiendo de que la potencia sea 1 MW o 1000 MW (de todas formas estos paneles están aún en fase de demostración). En cuanto a los paneles fotovoltaicos convencionales el precio es muy variable,depende del suminsitrador, localización geográfica, subvenciones, etc. pero esta entorno a 13 euros por watio instalado.

Muy iteresante la ilustracion,solicitaria se nos de mayor conocimiento de como se obtiene el material fotovoltaico, quiero dcir el silicio, el Aseniuro de Galeno, etc, que tan complicado es su proceso, si es demasiado caro , de lo contrario como lo compro, para consruir un panel solar.

Gracias.

wilfredo

La exposicion sobre el tema es bastante buena, solicitaria enviarme informasion de como logro obtener : el silicio, el Aseniuro de Galeno, etc, es demasiado compliocado, o cuesta mucho el proceso, en todo caso como puedo pedir estos elementos para construir un panel solar.

Gracias

Desde luego, parece muy interesante reducir la superficie de silicio concentrando la radiación solar. Así se pueden utilizar células de alto rendimiento con un coste moderado. Pero supongo que con concentraciones de 250x o mayores la temperatura será elevadísima y la temperatura excesiva reduce el rendimiento. ¿Cómo se soluciona este problema?

Muchas gracias.

Pues el problema de estas células es efectivamente la temperatura, además de que se reduce el rendimiento no se puede superar una determinada temperatura que creo que esta entorno a los 100ºC. a 250x la temperatura sería de unos 400ºC. Estas células están soportadas sobre superficies que llevan incorporados sistemas de refrigeración bien con refrigerante líquido o bien aire.

Mª Jesús

Buenas tardes! Estaría interesado en instalar energia fotovoltaica en una nave industrial, y mi pregunta es cual de las distintas disposiciones de los captadores me reportaria más beneficio económico.

Una opción pienso que sería ocupar todo el tejado con captadores, con la inclinación del mismo (unos 20 grados, a dos aguas) y sin dejar huecos; y la otra opción sería colocarlos inclinados dejando huecos para que no se hagan sombra, aunque en esta disposición se colocarian bastante menos.

Muchas gracias y un saludo. Antonio Manuel

Hola, respecto a los de concentracion,existen unos que van a ser comercializados por Cris-Energia Solar, de aumentos de 500 veces, con seguidores especiales para naves industriales.

Para Antonio Manuel, entre las dos opciones que planteas, depende sobretodo del lugar y de la orientacion que tengas las naves, si me lo indicas, y los m2 que hay, te lo calculo. Realizamos instalaciones fotovoltaicas en naves industriales, estamos en Catalunya, pero podemos estudiar el tema en cualquier lugar de España.

Saludos Cordiales. Josep Balada

Para una instalacion fotovoltaica en nave industrial, ¨llaves en mano¨, de mas de 50 Kw, podriamos hablar de un precio aprox. de alrededor de 5€ por Wp instalado. Si alguien esta interesado en este tema, puede llamarme, 609384270.

Saludos.Josep Balada

me es necesario informacion y presupuesto para una intalacionde unos dos mil quinientos m2 ¿que potencia puedo obtener y que costo puede tener llave en mano esto seria para instalar sobre la cubierta de una nave techo semi plano GRACIAS.

me es necesario informacion y presupuesto para una intalacionde unos dos mil quinientos m2 ¿que potencia puedo obtener y que costo puede tener llave en mano esto seria para instalar sobre la cubierta de una nave techo semi plano GRACIAS.

Aprox. 130-140 KW. Pero yo haria 100 Kw a salida de inversores (instalados 110 Kwp), ya que a nivel de permisos es mas facil, y estaras en lo maximo de precio a cobrar, a 0,44€ /Kwh, los primeros 25 años. Si instalas los 130 Kw, el precio esta en 0,417€/Kwh. El costo llaves en mano, instalacion normal estaria alrededor de 540.000 € + Iva. Para una instalacion de igual potencia,pero de Alta Concentracion, con seguidores cubierta nave, tambien llaves en mano seria algo menos, alrededor de 490.000€+Iva

Recuperacion de la inversion 7-8 años.

Llamame si quieres mas informacion, y estudio detallado para tu caso concreto.

Josep (Cris-Energia Solar), 609384270

Hola me parece muy interesante su sistema de concentracion, soy esudiante de ing electronica y etoy muy interesado en que tipo de electronica conectais a la celula, o como evacuais de la celula, y que tipo de sistemas de refrigeracion se pueden utilizar para 400º sin que se queme la celula.

un saludo.muchas gracias

Hola , para min es muy importante este tema de energia Solar porque Soy una estudiante de Ing .Electrica de hecho mi trabajo de Diploma abarca este tema ,entonces me gustaria que Usted me enviasem mas informaciones a cerca de Estabilidad en la energia FV

disculpen podrian ser tan amables de desirme como puedo aser para tener 12voltios con la luz de el sol usando metodos caseros o eramientas caseras de an temano gracias esperando res puesta faborable oscar mejia.

El problema de no utilizar placas solares para la obtención de energia es el precio.Busquemos la solución al problema de las energias no renovables.Quizas en este tema esté la solución.

para cualquiera novedad, este es mi correo

tito_relikia_nk5@hotmail.com

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